变频调速技术在石油化工行业中的应用

1、doc 文档可能在 WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。变频调速技术在石油化工行业中的应用变频调速技术自二十世纪八十年代后， 已广泛地应用于我国国民经济的各行各 业。石油 化工行业也不例外， 不管是原油、 天然气的开采， 还是炼油、 化工装置， 直至下游最终化纤、 塑料、 化肥等都大量工艺应用了变频调速技术 （特别是合成 纤维工业， 变频几乎是唯一方案 变频调速技术自二十世纪八十年代后， 已广泛地应用于我国国民经济 的各行各业。 石油化工 行业也不例外， 不管是原油、 天然气的开采， 还是炼油、 化工装置， 直至下游最终化纤、 塑 料、 化肥等都大量工艺应用了变

2、频调速技术 （特 别是合成纤维工业， 变频几乎是唯一方案） 。 石油化工行业应用变频调速技术的 理由有两个： 变频调速技术在石油化工行业中的应用 2010 年 12 月 3 日，第一，生产工艺 的要求调速运行，提高产量和质量； 第二，节能减 排、 的需要。 因为石油化工行业有众多的离心式风机、 泵类和 气体压缩机， 调速方式改变流 量可以节省可观的电能。节电的同时就是减排有害 气体，实现环保。 2 变频调速在石油钻 机中应用 （变频石油钻机） 地质勘探到石油或天然气矿源， 需要钻井地下数千米， 开采到 原油或天然气。 因此，钻一个发现井（评价井） ，几个试验井以及大量的生产井。这样方才 形成

3、一定规模的油田井坊。 石油钻机是石油开采的重要设备。钻机过去有柴油发电机组， 交流电网供电 及直流驱动钻机， 目前交流变频钻机已成为新型电驱钻机， 它具有诸多直流钻 机 无法比较的优越性，是石油钻机今后发展的趋势。 石油钻机采用变频调速技术的理由 （ 1）不同的断层地质，应有不同的钻机速度。调节转盘转速和钻进压力，从而改变钻机的钻进速度。 （ 2）变频调速可以实现软起动，减小电流冲击，避免巨大的电磁应力和机械应力，延长钻机的使用寿命。 （ 3）鉴于钻机工况的特殊性，当钻机遇到岩石等硬质层时，会 发生卡机情 况，电流会急剧上升。由于变频器采取了灵敏电流传感器取样及功率模块igbt管结压降措施，变

4、频器会在 10ms 极短时间内输出，了钻机设备。 石油钻机变频调速应用 实例应用实例 1 ：市石油管理局井下钻井公司 3000 米深度的钻机。 采用山东新 风光电子公 司风光牌 jd-bp32-500z 专用钻机变频器， 3，380v，500kw、940a。 应用实例 2 ：50103 队 应用在 2900 米和 4500 米井上。采用 abb 公司 acs600 系列变频器七台， 等级。山东永 济电机厂提供七台 800kw 变频电动 机，上海三高石油设备公司制造 5000 米交流变频钻机，50dbs 全变频电控系统。 3 采油用抽油泵和潜油泵的变频调速系统 采油工作任务就是最大 限度地将原油

5、从油层中采到地面上来， 油井是连结油 层和地面的通道。 采油方法是指流到 井底的原油采到地面上所用的方法。 一般有二种： 1 ）自喷采油 （利用油田内的本身能量） ； 2）人工举升采油（利用能量）或称机械采油。 鉴于我国多数油田的天然能量不足，自喷采 油方法很少见。 所以采用两种抽 油机， 有杆泵往复式抽油机 （又称式抽油机） 及地下潜油离 心式电动泵抽油机。游梁式抽油机（又称式抽油机）变频调速 游梁式抽油机的结构 抽油机是抽油井地面 机械传动装置，它和抽油杆、抽油泵配合使用，能将井 下原油抽到地面。 按照抽油机的结 构和工作原理不同可分为游梁式抽油机和无游 梁式抽油机。目前油田主要是游梁式抽

6、油机。 抽油机的工作原理由电机供给动力， 经减速装置将马达的高速旋转变为抽油机的低速运动， 并 由曲柄 连杆游梁机构将旋转运动变为抽油机的往复运动， 带动深井泵工 作。 抽油机调节抽 油量的方法 抽油机井下深井泵 （有管式泵和杆式泵两种） 其结构如图 1 所示。 深井泵的工 作原理： 当活塞上行时， 吸液体入泵， 排液体出井； 活塞下行时， 泵筒内液体转移入油 管内， 不排液体出井。 从油井采出的水是由无到有， 由低到 高；而采出的原油则由高到低逐 步下降。因此，抽油机应根据井下含水的上升，不断地加大抽液量，见图 2 。图 3 为式抽油装置示意图 : 地石阶旋转运动变为往复运动 ; 抽油杆（约

7、 8 米长） 连接驴头和深井泵； 活塞式（容积式）深井泵。 变频调速游梁式抽油机，驱动电动机由 变频器供电， 不需要机械变速挡和调 节过程。 若采用变频调速的游梁式抽油机， 无极平滑调 节电机转速， 即可调节深 井泵的抽液量。 不需要停机更换盘， 也无需改变深井泵活塞的冲程， 还可以实现 电动机软起动。 由于采用变频调速系统，使抽油机动态适应油井负荷变化，也 可方便地进行 参数调节可实现最经济的控制。 同时其软起动性能好， 可延长抽油机寿命， 减 少 维修费用。 应用实例 1 ：某油田抽油机采用变频调速。 采用伦茨变频器， ， 一次 128 眼 油井，收到了良好的节电，节电率在 20%以上，增

8、产效果亦较理想。 应用实例 2 ：临盘采油 厂游梁式抽油机应用中压三电平变频器， 1140v/75kw 电动机。在该厂 34 4 站， l45 15# 上试验，节电效果良好。潜油电动离心泵抽油机的变频调速 由于有杆深井泵采油不适用于： 油层厚度大； 出油能力强； 产液量高的油井。 而潜油离心电泵，具有排量大，扬程高的特点，适应大 液量开采的油田。图 4 为潜油电泵装置示意图。 变频器及电气控制设备在地面上，电动机和多级离心泵 在几千米的井下。 潜油离心泵采用变频调速的理由 1 ）频率变化范围（ 30 90hz）进行系 统试井，使电泵机组与油井产能以最 佳匹配； 2 ）调整电泵排量，使之适应油井

9、供液情况， 减少“起下泵”的次数； 3 ）可实现低速软起动，逐步加速，延长潜油泵机组的寿命。潜油电泵专用变频器特殊要求 因为油井深数千米，变频器与电动机之间距离也是数千 米，因此要求变频器 输出波形为正弦波， 谐波愈小愈好。 否则线压降很大， 电机无输出力矩， 拖不动 负荷。一般宜采用功率单元的多电平完美无谐波变频器（ robicon 电）。 应用实例： 渤海石油公司，中海油集团（中国海上石油、天然气集团公司） 海上采油平台，潜油电泵变 频调速。利德华福公司变频器 15 台，输出 1100v 电 压， 90a 运行正常。电动机 15 台， 输入 970v 电压，44a（ 电缆压降 230v）

10、4 油田注水泵站中的变频调速 为什么要注水？ 我 国多数油田的天然能量不足， 所以都采用注水采油方法。 分层注水向油层 补充能量 （以水驱 油）保持油层压力， 是当前提高采油速度和油田采收率一项应 用最广的措施。 特别是陆相沉 积的油田，油层多，岩性变化大，分层注水是改善 油田开采状况，提高采收率的重要措施。 注水泵站设备 注水站的作用和主要设备如图 5 所示。把来自水源并经过处理合格的水，经高压注水泵升压，以满足注水井所需的 注入压力。 然后通过输出水管网，注入到油层中去。 油田工况需调流量由于各个油田含油面积的大小， 油层渗透率的高低和连通情况各不相同， 因 此要根据油 田各自的特点选择适

11、宜的注水方式。 及时掌握和调整泵压输水管线压 力。 变频调速注水 泵 油田注水泵站若采用变频调速系统， 可以平滑无极地调节注水泵的出口压力 和流量。 控 制系统能做到 “恒压力”供水或“恒流量”供水。省去既往采用的调 节阀门方式， 可以节能。 由于注水泵一般为 6kv 高压，大容量 800 2000kw，可以节能，效益好。 我国的油田，早 在 60 年代开发初期就进行人工注水，及时补充油层能量， 使油田产量和气油比保持稳定。 5 油田中油气集输站变频调速技术应用 油田各井坊采来的原油或天然气， 汇送至油田集输站 处理。 收集各油井产出 的原油 （或天然气） 及其伴生物， 经分离、 计量后汇集输

12、送至处理站。将油气水 分离和净化， 加药， 脱水， 排污以及锅炉蒸汽加热， 生活热水等流程， 达到质量 标准的原油和天然气再集中外运。 在油田集输站内变频调速应用场合举例： （ 1）分离装置 恒 定分界线高度控制的变频调速系统（ 2）加药泵装置 恒定 ph 值控制的变频调速系统 （ 3）集输站内：原油泵变频调速输送系统； 天然气变频调速输送系统； 液态烃变频调速输送系 统。 （4）集输站外 :供蒸汽（热水） 锅炉 锅炉风机变频调速； 锅炉给水泵变频调速。 6 长 距离输油管道外运变频输油泵原油的外运可以通过火车 （列车） 油罐车、汽车油槽车、 大型油轮或长距离 管道输油泵。 输送的终点是炼油厂

13、的原油库或其他转运枢纽。 天然气的向外输送目前主要有两种方法： 管加压输送（可采用气体压缩机变频调速） ； 将天然气液化成天然液化气（ lng ），用专用 油轮运输。 长距离输油泵调速的理由 （ 1）不同品种的原油， 不同的介质需要不同的流速。 离心泵结构图（ 2）工况不同，需要改变流量。由于管道里输送原油的流量和粘度的变化会引起管道阻力变化， 因此应对流 量进行调节。对于离心式输油泵，因为流量与转速成正比 （q n），所以离心式 输油泵调节流量就可从调速方便实现。7 中国石油天然气行业变频调速应用前景分析 中国石油行业中的注水泵、 潜油泵、 抽油 机、输气泵等都是高耗电设备， 占 行业用电量

14、的 80%以上， 而耗电费用在中国石油的成本中 占了相当大的份额， 某 种意义上讲节电就是直接降低石油成本。 因此， 石油行业应是推广电 机节能的重 点行业。全国石油行业的各种泵及其他生产工艺上应用的变频器装置超过 120mw，年节电 2 亿 kwh ，变频装置中 90%以上部分 1997 年使用低压变频器， 主 要用在油 田集输和供水等系统。 据专家估计， 石油行业如果全面推广电机调速系统节能技术， 总节电 潜力约 为 35 亿 kwh 。主要用电设备的节能潜力见表 1 。油田大功率的注水泵、 长输管道 输 油泵变频调速技术应用还相对较少， 进一步开发的潜力很大。 8 交流电动机变频调速在炼

15、油、 化工装置中的应用 石化、 化工行业变频应用潜力分析 石化及化工行业安装有大量的泵、 风 机和压缩机等通用机械， 它们大部分靠 电机拖动， 消耗大量电能和其他能源， 这些产品使用 变频调速装置并通过 plc 来控制， 不但可以提高控制精度， 使系统更加可靠， 而且控制程序 可随工艺流程改变，便于与计算机接口实现分散网络， 大大提高过程自动化水平， 而且节能潜 力很大。 石化行业中炼油生产用风机、 压缩机用电占其总用电量的 90%， 泵、 其中 2/3 是在变负载工况下运行， 采用变频调速的平均节电率为 52%。据调查， 炼油厂风 机、泵的电费已占炼 油成本的 10%。另外， 全国石化行业用

16、于高压聚乙烯、 各种 气体和液体的物流运输等高电压 大功率风机、 压缩机保有量在 10000 台以上， 泵、 电压多为 6kv ，单机容量在 200 5900kw。常压电机采用变频调速的节能回收期平均为 年，把高压电机根据其容量适当转成不同电压的低压电机、 中 压电机，就便于推广变频节电技术， 节能潜力大约为 30 亿 kwh 。 化工行业的化肥和基本化工业的耗电为 亿 kwh 和 ，节电潜 力为 185 亿 kwh ，而且化工 过程连续性很强， 负荷经常波动， 有调速需求； 橡胶 工业对固体加工时负荷变化幅度大， 必 须调速。 经有关实验， 在大型化肥厂高压 甲铵泵上使用变频器与使用液力变矩

17、器进行能耗比 较，变频器的节电率高出 %左右。 石油化工的生产过程是一个比较典型的工艺过程。 其有明 显的连续性， 其生 产介质大都是以流体 （气体和液体） 为主， 这些生产流体介质从一个设备 到另一 个设备，从一套装置到另一套装置， 还需升压、 降压、升温、冷却进行化学反应， 进 行传热传质等过程，这些大量的流体输送及其过程，就构成了工艺过程的各基 本单元操作。 承担流体输送任务的就是按工艺需要所配置的风机水泵和压缩机。 所以风机、 水泵在化学工 业企业中，属量大面广设备。 炼油、化工装置采用变频调速的理由 原因：（ 1）原设计的机 泵选型都留有 10%以上的余量； （2）随着生产加工量物料

18、品种等工况的变化。实际需求功 率也变化， 电机 的恒速运行和机泵恒压恒流的设计则导致电能浪费， 存在“大马拉小车” 现 象； （ 3）原先调节流量大多采用节流方式， 造成大量的能量损失。 机泵是炼化 装置的心脏。 电动机是应用最广， 数量最多的电气设备， 其大部分负载为机泵。 据分析过去定速泵的消耗 功率，其中 30 40%被工艺物流吸收 （作有用功），还 有 60% 70%的电能消耗于调节阀的节 流压降和出口阀门的压降。 因此， 机泵节 能的根本途径在于如何使电气传动控制方式与实际 负荷相匹配， 提高传动系统效 率，降低节流损失，这就为变频调速技术推广应用提供了广 阔空间。 根据 2007 年中国油气论坛油气勘探新领域新技术研讨会，认为我国可 能找 到的石油资源为 650 多亿吨，目前探明率仅为 39%，可探明的天然气资源为 25 万亿立方米， 目前探明率仅为 %。这些数据说明中石油和中海油两大集团公司尚有发展很大空间， 中石化集团在炼油和石油化工行业上更需大力发展。 以上三大集团国有企业是石化行业变频器用户 的主体。目前，需求产品大量 的是低压变频器 （380v 和 6